机械化高粱芽苗形态建成及生理特性对保水剂的响应

朱凯++张飞++柯福来++王艳秋++李志华++邹剑秋

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.041

摘要：选取机械化高粱品种辽杂35号为试验材料，采用保水剂（SAP）和对照（NT）2种种子处理方式，在正常供水（100%）、75%供水、50%供水3种模式下对种子的萌发出苗情况、幼苗形态建成、保护酶（SOD、POD、MDA和CAT）活性、根系活力等生理指标进行了比较与分析。结果表明：（1）保水剂（SAP）可以显著提高萌发率、出苗率和种子活力，缩短出苗时间；出苗率在正常供水（100%供水）、75%供水和50%供水下分别比未处理（NT）高出3.50%、26.50%和80.19%；（2）土壤水分（SWC）胁迫下，SAP促使根系伸长明显；（3）水分胁迫13 d至26 d这一阶段对叶绿素、根系活力及叶片和根系相对含水量的作用效果明显，随着胁迫时间的延长SAP的作用效果逐渐减弱而SWC作用效果逐渐增强；（4）SAP处理下MDA变化最为活跃（F=182.31**），按CAT、SOD、POD顺序依次减弱，而在不同水分亏缺（SWC）条件下，CAT变化最为活跃（F=103.24**）。

关键词：保水剂；机械化；高粱；芽苗期；形态建成；生理

中图分类号： S514.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0161-04

收稿日期：2015-12-31

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2014BAD07B02）；辽宁省创新团队项目（编号：2014201008）；辽宁省农业青年科技人才培养计划（编号：2015022）；农业部现代农业产业技术体系项目（编号：CARS-06）。

作者简介：朱凯（1972—），男，辽宁葫芦岛人，硕士，研究员，主要从事高粱遗传育种研究。E-mail：zhukai72@163.com。

通信作者：邹剑秋，博士，研究员，主要从事高粱遗传育种研究。Tel：（024）31023997；E-mail：jianqiuzou@126.com。干旱是制约我国农业持续发展的重要因素，随着全球气候条件的不断变化，发展抗旱节水农业生产已成为我国面向未来持续发展的必然趋势[1-2]。发展节水农业，应用保水剂是近年来发展迅速的化学节水技术，保水剂又称土壤保墒剂、抗蒸腾剂、贮肥蓄药剂或微型水库，是一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物。将其施入土壤后，不仅会改善土壤的团粒结构，还可以快速吸收土壤中多余的水分并贮存起来，缓慢释放，满足农作物生长过程中的需要。保水剂不仅有优良的保肥性能，而且施用后对改良土壤及农作物的生长十分有益，现已广泛用于干旱、半干旱地区的农业生产中[3-5]。

高粱作为抗旱性较强的作物经常被种植在干旱、半干旱地区的瘠薄土地上，同时也常因土壤水分亏缺导致出苗率低，在幼苗生长阶段因土壤水分亏缺影响幼苗的形态建成，进而使其抗旱潜力得不到充分发挥，影响产量。然而，虽然近年来很多学者对保水剂做了大量研究，在应用保水剂抗旱方面取得了一些进展[6-9]，但将保水丸剂应用于高粱抗旱播种和形态建成（尤其是对不同干旱土壤条件的影响）方面的研究相对较少。因此，本研究采用保水丸剂处理，对不同土壤干旱水平下高粱种子的萌发、出苗以及幼苗的形态建成和生理特性进行了比较与分析，旨在探明保水丸剂在不同土壤水分亏缺条件下的作用效果，为高粱抗旱栽培提供理论参考。

1材料与方法

1.1种子和丸衣剂制作

参试的高粱品种为辽杂35号，由辽宁省农业科学院国家高粱改良中心选育并提供，挑选大小一致、籽粒饱满的种子进行试验。丸衣材料采用石膏粉（粉碎细度>160目）；保水剂采用“白金子”颗粒型保水剂，河北省唐山博亚科技开发有限公司生产；黏着剂采用甲基纤维素（有黏性，又具备水溶性），将甲基纤维素按一定的量加入热水中，配制20%浓度的溶液，现配现用；按配比（种子 ∶保水剂 ∶微肥 ∶丸衣材料 ∶黏着剂 ∶蒸馏水=50 ∶20 ∶5 ∶15 ∶15 ∶5）搅拌制作保水丸剂，其中水的用量可根据实际情况适当调整。

2.2试验设计

试验在辽宁省农业科学院试验基地的风干棚中进行。种子设2个处理：（1）未经过任何处理的种子，作为对照，以下简称NT；（2）保水丸剂包裹后的种子，以下简称SAP。采取盆栽方式，土壤为沙壤土，土壤水分设3个处理：（1）正常供水（100%供水）；（2）按正常供水量的75%供水；（3）按正常供水量的50%供水。2因素试验，随机区组设计，3次重复。

2.3测定项目与方法

种子自培养5 d开始每天统计发芽数，一直测到 15 d，发芽以种子胚根达种子长，胚芽达种子长的1/2为标准，出苗以出苗株数达到总播种数的50%及以上为标准，记录从播种到出苗的时间。发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt），其中，Gt为第t天的发芽种子个数，Dt为相应的发芽天数；活力指数（VI）=发芽指数（GI）×胚根鲜质量。

分别在播种后13 d和26 d对叶绿素、根系活力、形态学指标（株高、根长、地上干质量、地下干质量）、保护酶活性（SOD、POD、MDA和CAT）进行测定。其中叶绿素、根系活力、SOD、POD、MDA和CAT均按张宪政的方法[10]测定。

2.4数据统计分析

采用Excel 2003和DPS 7.05对数据进行统计和分析。

2结果与分析

2.1种子萌发率、出苗率、活力指数及出苗时间对保水剂的响应

3种水分条件对种子的萌发率、出苗率、活力指数和出苗时间有较大影响，差异均达显著水平（表1）。其中，保水剂（SAP）处理对出苗率的影响效果最为明显（F=103.28**），SAP处理在正常供水（100%供水）、75%供水和50%供水条件下分别比NT高出3.50%、26.50%和80.20%。萌发率、出苗率、活力指数和出苗时间均表现出随着土壤水分亏缺的增加作用效果逐渐增大的趋势。萌发率、出苗率和活力指数在75%供水下SAP处理下比NT高9.03%、26.50%和 27.58%，在50%供水下SAP处理下比NT高57.30%，80.20% 和62.87%；出苗时间SAP处理比NT在75%供水和50%供水下分别比正常供水（100供水）降低16.20%和 20.02%。说明保水剂（SAP）对种子萌发至出苗这一阶段作用效果较大，尤其在干旱土壤条件下作用效果更为明显。同时，品种处理（NT-SAP）和土壤水分（SWC）间的互作均达到了显著水平。

2.2保水剂对不同水分条件下高粱苗形态学性状的影响

由表2可以看出，保水剂（SAP）对不同土壤水分条件下高粱苗的形态指标具有较大影响，胁迫13 d和26 d的变化趋势基本一致，随着土壤水分亏缺时间的延长，作用效果略有减弱。在株高、根长、地上部干质量、地下部干质量4个指标中，根长受品种处理（SAP）的影响程度最大（F值=103.24**），说明SAP处理对幼苗根长具有较大的影响，尤其在干旱条件下效果最为明显，13 d时75%供水和50%供水条件下SAP分别比NT高出21.56%和34.89%，26 d时分别高12.89%和81.50%。说明在干旱条件下，SAP可以促进根系的生长，进而提高对土壤水分的利用效率。在不同土壤水分（SWC）处理下，根长和地下部干质量受影响程度相对较大，均达到了极显著水平。品种处理（NT-SAP）和土壤水分（SWC）间的互作根长达到了显著水平，株高、地上部干质量和地下部干质量差异不显著。

2.3保水剂对不同水分条件下相对含水量的影响

保水剂（SAP）处理对不同土壤水分（SWC）条件下叶片和根系的相对含水量都具有显著的作用效果，会明显降低叶片和根系的相对含水量（表3）。胁迫13 d和26 d时的测定结果表明：除75%供水条件下SAP处理叶片相对含水量有小幅度增加外，其他处理下均表现为根系和叶片的相对含水量随水分胁迫时间的延长而下降，同时在同一测定时期随着干旱程度的增加根系和叶片的相对含水量呈下降趋势，在50%供水条件下效应最为明显，下降幅度最大。SAP对根系的影响程度略大于叶片，在13 d和26 d时的趋势基本一致。同时，土壤水分（SWC）处理对叶片和根系的相对含水量的影响程度大于保水剂（SAP）处理。除26 d的根系相对含水量互作显著（F=13.24**）外，叶片和根系相对含水量在品种和土壤水分（NT-SAP×SWC）间的互作效应均不显著。

2.4保水剂对不同水分条件下幼苗根系活力和叶绿素含量的影响

在不同土壤水分条件下，SAP处理对叶绿素含量和根系活力均有较大影响，差异达极显著水平（表4）。随着干旱程度的增大，叶绿素和根系活力均呈下降趋势，且变化趋势基本一致。播种13 d时，在正常供水、75%供水和50%供水3种土壤水分条件下，SAP处理叶绿素含量和根系活力比NT增加的幅度依次增大，播种26 d时的变化趋势与之基本一致，同时播种26 d时SWC处理对叶绿素和根系活力的影响程度大于播种13 d时的测定结果。种子处理（NT-SAP）对叶绿素含量的影响程度26 d（NT-SAP F值=27.54**）小于13 d（NT-SAP F值=33.28**），对根系活力的影响程度26 d（NT-SAP F值=53.21**）小于13 d（NT-SAP F值=65.27**）。说明随着幼苗的生长，SAP的作用效果逐渐减弱，而SWC的作用效果逐渐增强，在播种13 d至26 d这一时间段变化活跃。

2.5保水剂对不同水分条件下高粱苗保护酶活性的影响

由表5可知，在土壤水分胁迫和SAP的作用下，幼苗的抗氧化保护酶活性均有较大变化。随着干旱程度的增加，SOD、POD、CAT和MDA均有不同程度的增加。其中SAP 处理下MDA变化最为活跃（F=182.31**），其他3个因子依次为CAT、SOD、POD，而在不同水分亏缺（SWC）条件下，CAT变化最为活跃（F=103.24**），尤其是在干旱胁迫下，13 d时75%供水和50%供水条件下SAP分别比NT高出28.65%和19.63%（23.68%和4.15%，26天）。SAP 处理下CAT、SOD、POD增加，MDA降低。SOD、POD、CAT和MDA的变化受水分胁迫（SWC）的影响均小于种子处理（NT-SAP），进一步说明了SAP对幼苗提高抗旱性的重要作用。同时随着土壤水分胁迫时间的延长和幼苗的生长，SAP的作用效果逐渐减弱。MDA和CAT种子处理（NT-SAP×SWC）和土壤水分处理（SWC）间存在着显著的互作效应。

3结论与讨论

水资源越来越成为我国农业发展的重要制约因素之一，实施高效节水农业是我国农业可持续发展的必由之路[11-13]。本研究对保水剂（SAP）在正常供水（100%）、75%供水、50%供水3种土壤水分下的作用效果分析认为：保水剂（SAP）可以显著提高高粱种子萌发率、出苗率和种子活力，缩短出苗时间，尤其对于干旱、半干旱地区有着显著的效果，可有效增加出苗率和保苗率。这与杜建军等研究的结果[9，14]基本一致，同时，研究还发现：土壤水分（SWC）胁迫下，SAP促使根系伸长，在水分胁迫13 d至26 d这一阶段对叶绿素、根系活力和叶片与根系的相对含水量变化影响明显，且随着胁迫时间的延长SAP的作用效果逐渐减弱，而SWC作用效果逐渐增强。这与李景生等研究的结果[15]基本一致，而与周开芳等研究的结果[2]存在差异，可能是保水剂种类的差异造成的，也可能是因为作物类别不同所致。同时，本研究发现保护性酶活性在保水剂（SAP）和3种土壤水分（SWC）下变化明显，SAP处理下MDA变化最为活跃，按CAT、SOD、POD顺序依次减弱，而在不同水分亏缺（SWC）条件下，CAT变化最为活跃。通过这些抗氧化保护酶活性的变化来维持植物机体的平衡，进而提高幼苗的抗逆境能力。

随着全球气候的不断变化，我国水资源会更加短缺，对保水剂进行深入性的应用研究，开发研究出适宜高粱使用的价格低廉、实用性强、性能稳定的保水剂对于提高高粱的抗旱保苗能力、促进高粱高效栽培技术的发展都具有广阔的研究和开发前景。

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